중성 밀도 필터

기본 원리 & 측정 지표

ND 필터의 성능은 빛을 차단하는 능력으로 결정되며, 이는 광학 밀도(OD)로 정량화됩니다.

광학 밀도 (OD)

여기서 T는 0에서 1 사이의 값입니다(예: 50% 투과율 = 0.5).

표준 OD 값 및 투과율 표:

주요 사양

• 분광 평탄도: 지정된 파장 범위에서 나타나는 투과율의 변화입니다. 완전히 중성인 필터는 없으며, "평탄도"는 그 편차를 나타냅니다(예: 5%).
• 유효 구경(CA): 지정된 광학 품질을 충족하는 필터 중앙부의 직경(일반적으로 전체 직경의 >90%).
• 표면 품질(Scratch-Dig): 표면의 외관 결함(예: 40-20)을 나타내는 척도로, 산란을 최소화해야 하는 이미징 응용 분야에서 중요합니다.
• 평행도(웨지): 두 광학 표면 사이의 각도입니다. 높은 평행도는 이미징 광경로에서 빔 편향을 줄여 줍니다.

ND 필터 유형

ND 필터는 빛을 감쇠하는 메커니즘에 따라 흡수 또는 반사 방식으로 분류됩니다.

A. 흡수형 ND 필터

• 메커니즘: 에너지가 벌크 재료 내부에서 흡수됩니다.
• 장점:
  • 낮은 역반사: 고스트 이미지나 미광이 문제가 되는 이미징 시스템에 적합합니다.
  • 방향 무관: 광 경로 내에서 어느 방향으로든 배치할 수 있습니다.
• 단점:
  • 낮은 손상 임계값: 흡수된 에너지가 열로 변환되므로 고출력 레이저에는 적합하지 않습니다(열 렌즈 효과 또는 파손 위험).
  • 두께 변화: 일반적으로 OD 값이 높을수록 더 두꺼운 유리가 필요하며, 이는 광학 경로 길이에 영향을 줍니다.

B. 반사형(금속) ND 필터

• 원리: 에너지는 표면에서 반사되며 흡수되는 양은 매우 적습니다.
• 장점:
  • 높은 손상 임계값: 열 축적이 매우 적어 레이저 응용 분야에 적합합니다.
  • 일정한 두께: OD 값과 관계없이 기판 두께가 균일합니다.
  • 분광 중립성: 일반적으로 흡수 유리보다 더 넓은 파장 범위(UV~IR)에서 더 평탄한 응답을 나타냅니다.
• 단점:
  • 역반사: 강한 반사는 레이저 공진기를 불안정하게 하거나 측정 오류를 일으킬 수 있습니다.
  • 방향에 민감함: 기판이나 접착제가 가열되는 것을 방지하려면 일반적으로 반사 코팅면이 광원을 향해야 합니다.

변형

• 가변 ND 필터(VND): 감쇠량을 연속적으로 조절할 수 있습니다.
  • 원형 가변 ND: 원주를 따라 광학 밀도가 변하는 "웨지" 설계입니다.
  • 선형 가변 ND: 광학 밀도가 선형 축을 따라 변합니다.
• 스텝 ND 필터: 단일 기판을 서로 다른 광학 밀도의 개별 구역(스텝)으로 나눈 필터로, 시스템을 신속하게 교정하는 데 사용됩니다.
• 아포다이징 필터: 반경 방향으로 변하는 농도 분포(일반적으로 중앙은 투명하고 가장자리는 어두움)를 통해 빔 강도 프로파일을 변경합니다. 예를 들어 가우시안 빔을 Top-Hat 프로파일로 변환할 수 있습니다.

응용 분야